Традыцыйныя святлодыёды зрабілі рэвалюцыю ў галіне асвятлення і дысплеяў дзякуючы сваёй высокай прадукцыйнасці з пункту гледжання эфектыўнасці, стабільнасці і памеру прылады. Святлодыёды звычайна ўяўляюць сабой пакеты тонкіх паўправадніковых плёнак з бакавымі памерамі ў міліметры, значна меншымі, чым традыцыйныя прылады, такія як лямпы напальвання і катодныя трубкі. Аднак новыя оптаэлектронныя праграмы, такія як віртуальная і дапоўненая рэальнасць, патрабуюць святлодыёдаў памерам у мікрон або менш. Надзея заключаецца ў тым, што святлодыёды мікра- або субмікроннага маштабу (µleds) працягваюць валодаць многімі выдатнымі якасцямі, якімі ўжо валодаюць традыцыйныя святлодыёды, такімі як вельмі стабільнае выпраменьванне, высокая эфектыўнасць і яркасць, звышнізкае энергаспажыванне і поўнакаляровае выпраменьванне, у той жа час меншы па плошчы прыблізна ў мільён разоў, што дазваляе ствараць больш кампактныя дысплеі. Такія святлодыёдныя чыпы таксама могуць пракласці шлях для больш магутных фатонных схем, калі іх можна вырасціць у адзіночным чыпе на Si і інтэграваць з камплементарнай электронікай на аснове аксіду металу (CMOS).
Аднак да гэтага часу такія µLED заставаліся няўлоўнымі, асабліва ў дыяпазоне даўжынь хваль выпраменьвання ад зялёнага да чырвонага. Традыцыйны падыход µ-LED - гэта працэс "зверху ўніз", пры якім плёнкі квантавых ям (QW) InGaN выгравіраваны ў мікрамаштабных прыладах праз працэс тручэння. Нягледзячы на тое, што µLED на аснове тонкаплёнкавага InGaN на аснове QW tio2 прыцягнулі шмат увагі дзякуючы многім выдатным уласцівасцям InGaN, такім як эфектыўны транспарт носьбіта і магчымасць перабудовы даўжыні хвалі ва ўсім бачным дыяпазоне, да гэтага часу яны пакутавалі ад такіх праблем, як бакавая сценка каразійнае пашкоджанне, якое пагаршаецца па меры памяншэння памеру прылады. Акрамя таго, з-за існавання палярызацыйных палёў яны маюць нестабільнасць даўжыні хвалі/колеру. Для гэтай праблемы былі прапанаваны непалярныя і паўпалярныя InGaN і фатонныя крышталічныя паражніны, але на дадзены момант яны не з'яўляюцца здавальняючымі.
У новым артыкуле, апублікаваным у Light Science and Applications, даследчыкі пад кіраўніцтвам Зеціяна Мі, прафесара Мічыганскага ўніверсітэта Анабель, распрацавалі субмікронны зялёны святлодыёд iii - нітрыд, які раз і назаўжды пераадольвае гэтыя перашкоды. Гэтыя µLED былі сінтэзаваны метадам селектыўнай рэгіянальнай малекулярна-прамянёвай эпітаксіі з дапамогай плазмы. У рэзкім кантрасце з традыцыйным падыходам зверху ўніз, µled тут складаецца з масіва нанаправадоў, кожная дыяметрам ад 100 да 200 нм, падзеленых дзесяткамі нанаметраў. Гэты падыход знізу ўверх дазваляе пазбегнуць карозіі бакавых сцен.
Святловыпрамяняльная частка прыбора, таксама вядомая як актыўная вобласць, складаецца са структур множных квантавых ям (MQW) ядро-абалонка, якія характарызуюцца марфалогіяй нанадроту. У прыватнасці, MQW складаецца з ямы InGaN і бар'ера AlGaN. З-за адрозненняў у міграцыі адсарбаваных атамаў элементаў III групы індыя, галію і алюмінію на бакавых сценках мы выявілі, што індый адсутнічае на бакавых сценках нанаправадоў, дзе абалонка GaN/AlGaN ахінала ядро MQW, як бурыта. Даследчыкі выявілі, што ўтрыманне Al у гэтай абалонцы GaN/AlGaN паступова зніжаецца ад боку ін'екцыі электронаў нанаправадоў да боку ін'екцыі дзіркі. З-за розніцы ва ўнутраных палярызацыйных палях GaN і AlN такі аб'ёмны градыент утрымання Al у пласце AlGaN індукуе свабодныя электроны, якія лёгка цякуць у ядро MQW і змякчаюць нестабільнасць колеру за кошт памяншэння поля палярызацыі.
Фактычна даследчыкі выявілі, што для прылад дыяметрам менш за адзін мікрон пікавая даўжыня хвалі электралюмінесцэнцыі або індукаванага токам светлавога выпраменьвання застаецца пастаяннай на парадку велічыні змены ін'екцыі току. Акрамя таго, каманда прафесара Мі раней распрацавала метад вырошчвання высакаякасных GaN-пакрыццяў на крэмніі для вырошчвання нанаправодных святлодыёдаў на крэмніі. Такім чынам, µled знаходзіцца на падкладцы з Si, гатовай для інтэграцыі з іншай электронікай CMOS.
Гэты µled лёгка мае шмат патэнцыйных ужыванняў. Платформа прылады стане больш трывалай, калі даўжыня хвалі выпраменьвання інтэграванага дысплея RGB на чыпе стане чырвонай.
Час публікацыі: 10 студзеня 2023 г